天津港高桩码头接岸软基加固工程监测与分析

天津港高桩码头接岸软基加固工程监测与分析

1高桩港区接岸结构软基加固工程港港地区位于泥泞的海岸带。已经完工的深水水位是混凝土梁板结构的。由于填补海岸带的边坡、炉渣、港口污泥泵等原因，岸墙发生了变化。在已建成的6km码头岸线上接岸处的软基加固多采用排水固结法,但都不能彻底解决高桩码头岸坡软土对桩的水平推力,造成桩基开裂以及接岸处的差异沉降,另外为满足岸坡稳定的需要,岸坡要有较缓的坡高,从而形成较宽的桩基承台,这一直是高桩码头设计中的两大难题。深层水泥拌和法是采用专门的搅拌设备把水泥系加固材料送入地基中,与软土搅拌混合在一起,利用其化学反应进行软基加固的方法(简称CDM法)。该法加固软基可缩短工期,加固后的软基变形很小,对上部结构无有害影响,施工过程中挖泥、弃土量极少,施工噪音低,对周围环境无不良影响,直接用地基土作为材料,可节省大量资源,在陆上和海上得到了广泛的应用。为解决上述两大难题,1987年天津港东突堤南侧码头接岸结构软基采用海上CDM拌和船进行软基加固。1999年天津港南疆煤码头接岸结构软基采用陆上CDM搅拌机进行软基加固。监测结果和实际使用情况表明以上2项CDM软基加固工程获得了成功,由此开辟了高桩码头接岸结构软基加固的1种新方法。以下是2项工程情况和监测结果。2cm加固港东走廊南侧码头的工程2.1复合式cm加固体设计天津港东突堤南侧码头总长950m,前期设置了木材码头和矿建码头,共6个泊位。木材码头长777m,底高程-10.5m,排架间距7m;矿建码头长173m,底高程-10.0m,排架间距5m。后期改建成集装箱码头,底高程-12.0m。码头采用高桩梁板结构。接岸处岸坡软基采用壁式CDM拌和体进行加固。根据接岸线地基条件的不同,CDM拌和体底高程有4种,分别为-17.0m、-20.0m、-18.0m、-19.0m,拌和体宽度分别为17.5m、19.25m、17.5m、21.0m。底高程为-17.0m的拌和体设计断面如图1。后方荷载为30kPa。CDM加固体设计强度为2.5MPa,水灰比采用1.3～1.5,水泥用量为150～180kg/m3。根据设计计算结果,施工阶段荷载完成后的CDM拌和体最大水平位移为130mm(护岸外坡角),最大垂直沉降为50mm。CDM加固体设计由日本临海开发研究所(OCDI)负责,设计采用的标准为日本《港湾设施技术标准》。施工由日本竹中丸红联合体负责。CDM加固体施工在海上采用CDM船,处理机为四联轴,搅拌叶片直径为160cm,功率为(200kW+450kW)×2,转速为17、31、45r/min,升降速度为0～2.0r/min,加固能力60～150m3/h,船上配泥浆泵9个,输送能力20～250L/min,输送压力为3.0MPa。2.2地质条件根据地质钻探资料统计结果,主要土层分布与物理力学指标如表1。2.3表层沉降观测结果为了控制后方回填及预压荷载的速率,防止CDM加固体产生较大的水平位移和沉降,在CDM加固体布置了3个观测断面,分别设置了水平位移和沉降观测,观测断面位置和测点布置如图2。CDM加固体水平位移观测结果如表2,表层沉降观测结果如表3。A-A断面、E-E断面CDM加固体水平位移及沉降观测值较小,在设计计算结果范围内。C-C断面加固体回填土阶段产生较大的水平位移和沉降,其原因是该断面补充钻探资料揭示的-17.0m以下的土层为粘土层,并不是设计阶段的亚砂土。因此,CDM加固体后方软基加固采取了2条措施:①将原计划的堆载预压改成真空联合堆载预压法,减少了堆载时的水平力;②将塑料排水板深度由原计划的-14.0m加深至-20.0m。采取措施后,CDM加固体水平位移和沉降趋于稳定。该码头建成使用至今已有10多年,使用过程中接岸处未发现沉降差,码头桩基未出现开裂等情况,说明采用该方法解决了以往高桩码头设计中的两大难题。3港南澳铁路码头cm加固工程3.1中引桥cdm加固体搅拌桩设计天津港南疆煤码头CDM加固工程是国家九五攻关课题《海上深层水泥搅拌加固软基技术研究》示范工程。该工程由中引桥CDM加固体和东引桥CDM加固体组成。接岸处使用荷载为均布荷载,q=20kPa。设计采用有关路桥规范,与日本标准相比,减小了断面,节省了投资。设计断面如图3(a)、(b)。东引桥CDM加固体为块式结构,长为40.5m,宽为4.4m,搅拌桩顶高程为2.0m,底高程为-16.5m,桩长18.5m。中引桥CDM加固体为壁式结构,长为30.15m,宽为8.25m;CDM长搅拌桩设计参数与东引桥相同,短搅拌桩顶高程为2.0m,底高程为-1.0m,长度为3.0m。加固体采用525号普通硅酸盐水泥,水泥掺量为310kg/m3。搅拌桩单桩桩径为700mm,桩与桩之间搭接150mm,CDM加固体每隔9～10m设一沉降缝,沉降缝两侧水泥搅拌桩相切。水泥搅拌桩90d标准无侧限抗压强度为2.5MPa。加固体采用525号普通硅酸盐水泥,水泥掺量为310kg/m3。搅拌桩单桩桩径为700mm,桩与桩之间搭接150mm,CDM加固体每隔9～10m设一沉降缝,沉降缝两侧水泥搅拌桩相切。水泥搅拌桩90d标准无侧限抗压强度为2.5MPa。搅拌桩采用改造后的陆上搅拌设备进行施工,然后挖除上部回填土。中引桥CDM加固体上部胸墙施工及后方块石回填过程中的变形、沉降等监测结果变化很小,因此在胸墙后方进行了堆载试验。荷载值为80kPa,堆载面积21.5×27.5m,高4.5m,近坡脚离胸墙前沿线5.0m,满载15d后卸载。3.2地质条件根据地质钻探资料统计结果,中引桥地基土层分布与物理力学指标如表4所示。3.3桩身变形和变形为了掌握CDM加固体运行参数,为九五攻关新的设计方法提供依据,两引桥设置了多项观测,其中CDM加固体的侧向变形和表层沉降观测结果如下:(1)变形采用梁杆有限元法计算原理,将CDM加固体简化为弹性地基上的梁,地基土简化为弹性杆,地基反力系数采用m法,m取加固体范围内各土层m值(表4)的厚度加权平均值;加固体以上(2.0m以上)后方土体作为超载,计算作用在加固体侧面上的外力。计算时,弹性模量取水泥土和地基土的加权平均值,计算所得两引桥桩身变形曲线。从桩身变形曲线可以看出:①中引桥CDM加固体搅拌桩最大变形不到4mm;②胸墙后方堆载后实测加固体变形很小,与采用全站仪观测到的5个水平位移观测点的实测位移仅1～2mm相一致;③实测桩身变形与理论变形基本一致。东引桥CDM搅拌桩桩身变形很小,桩顶最大变形3mm左右,计算变形与实测变形基本一致。(2)表层沉降从中引桥CDM加固体表层沉降可以看出,b1、b2、b3点在后方回填完成后的沉降值为3～4mm,胸墙后方堆载后,沉降随之增大,沉降值在8～10mm,卸载后,地基反弹,反弹后沉降值大约4mm左右,b4、b5点实测沉降值仅为1～2mm。东引桥db1、db2、db3点沉降值一般在3～4mm,b4、b5点沉降值1～2mm。码头使用过程中,接岸处未出现差异沉降和桩基开裂现象,再次证明了该方法加固处理接岸结构软基是成功的。4加固接岸结构软基的效果天津港东突堤南侧码头CDM加固工程采用日本标准进行设计,加固体宽度较大。施工采用海上CDM搅拌船,搅拌较为均匀,水泥用量较少。天津港南疆煤码头CDM加固工程采用有关路桥规范,加固体宽度较小,采用九五攻关中的新设计方法,断面还可以减小,显示出更强的生命力。该工程采用陆上设备施工